KR101874095B1 - 3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터 - Google Patents

3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터 Download PDF

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최승묵
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Abstract

본 발명은 멜팅풀 검사 장치와 관련된다. 본 발명은 실시예로, 원재료 분말을 이용하여 3차원의 성형품을 가공하는 장치에 구비되어 공정을 감시하는 장치로서, 원재료 분말이 성형되는 지점에서 발생하는 빛에 대한 정보를 취득하는 광정보취득부, 상기 광정보취득부에서 취득한 광정보를 통해 성형 공정의 이상 여부를 판단하는 이상검출부 및 상기 광정보취득부 및 상기 이상검출부와 정보를 주고 받으며 성형 공정을 관리하는 중앙처리부를 포함하는 3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치를 제시한다.

Description

3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터{Apparatus for detecting melting pool in 3D printer and 3D printer having the same}
본 발명은 3차원의 성형품을 제조하는 3차원 프린터에 관련된 것으로서, 특히 금속 분말을 성형 대상으로 하는 3차원 프린터에 사용되는 멜팅풀 검사 장치 및 이를 구비한 3차원 프린터와 관련된다.
종래에는 3차원 성형품을 제조하기 위해 주조나 단조 등의 전통적인 가공방법을 사용해 왔다. 또한 이와 같은 제조 방법을 이용할 때 제품의 품질을 유지하기 위해서는 전문적인 지식을 가진 작업자가 이를 수행해야 했다.
최근에는 3차원 성형품을 가공하기 위한 장치로 3차원 프린터가 사용되기 시작하고 있다. 3차원 프린터는 비전문가도 손쉽게 3차원의 성형품을 제작할 수 있다는 이점 때문에 점차 전통적인 가공방법을 대체하고 있다.
3차원 프린터에 대한 기술로 대한민국 특허공개공보 10-2009-0049608호, 대한민국 등록특허공보 10-1646773호가 개시되어 있다. 이러한 3차원 프린터에서 중요한 점은 신속한 작업이 가능하면서 제품의 품질을 높이는 것이다.
특히 금속 분말을 소결하거나 용융하여 각 층을 형성하는 방식의 3차원 프린터는 성형 과정에서 문제가 발생하였을 경우 내부를 검사할 수 있는 방법이 없다. 성형 과정은 비교적 많은 시간이 소요될 수 있으므로 성형품이 완성된 후 문제의 발생을 인지한 경우 시간적 비용적인 손실이 크게 발생한다.
성형 과정에서 문제가 발생한 경우 이를 바로 인지할 수 있으면 이에 대한 대처도 신속하게 할 수 있고, 작업의 신속성과 제품의 품질을 높이는데 기여할 수 있다. 따라서 성형 과정에서 문제의 발생을 신속하게 인식할 수 있는 장치가 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2008-002786호 (2008.03.12) 대한민국 등록특허 제10-1646773호 (2016.08.02)
본 발명은 3차원 프린터에서 성형시 발생하는 멜팅풀을 실시간으로 모니터링하여 이를 분석함으로써 성형에서 문제 발생 여부를 신속하게 인지할 수 있게 하고 문제에 대한 조치가 신속하게 이루어질 수 있게 하는 3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치 및 이를 구비하는 3차원 프린터를 제시한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 원재료 분말을 이용하여 3차원의 성형품을 가공하는 장치에 구비되어 공정을 감시하는 장치로서, 원재료 분말이 성형되는 지점에서 발생하는 빛에 대한 정보를 취득하는 광정보취득부, 상기 광정보취득부에서 취득한 광정보를 통해 성형 공정의 이상 여부를 판단하는 이상검출부 및 상기 광정보취득부 및 상기 이상검출부와 정보를 주고 받으며 성형 공정을 관리하는 중앙처리부를 포함하는 3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치를 제시한다.
여기에서 상기 광정보취득부는, 고속 카메라를 구비하고 상기 고속 카메라를 이용하여 원재료 분말이 성형되는 지점의 사진을 촬영함으로써 광정보를 취득할 수 있다.
또한 상기 이상검출부는, 상기 사진을 판독하여 성형 지점에서 발생하는 멜팅풀 또는 불꽃이 일정 크기 이하 또는 이상이거나 일정 밝기 이하 또는 이상인 경우 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다.
또한 상기 이상검출부는, 상기 성형 지점을 촬영한 사진을 빛의 강도에 따른 색상으로 표시된 이미지 데이터로 변환시키는 이미지처리모듈, 온도에 대응되는 색상이 저장된 데이터베이스로부터 데이터를 전송받아 상기 이미지처리모듈에서 변환된 색상 데이터와 비교하여 성형 지점의 온도 분포를 분석하는 영상데이터분석모듈 및 성형 지점의 적합한 온도 범위에 대한 정보를 보유하고, 상기 영상데이터분석모듈에서 분석된 온도 분포가 적합한 온도 범위에 해당하는지 판단하는 이상판정모듈을 포함할 수 있다.
또한 이상이 있는 지점을 화면에 표시하는 표시부를 더 포함하고, 상기 표시부는, 3차원 성형품을 성형하는 진행 상황을 영상으로 표시하고 진행 상황 중 이상이 발생한 경우 즉시 이상을 표시하여 나타내는 영상표시모듈을 포함할 수 있다.
한편 위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 3차원의 성형품을 가공하는 장치로서, 형상 가공이 이루어지는 챔버부, 상기 챔버부에 분말 형상의 원재료를 투입하는 원재료공급부, 상기 원재료공급부에서 투입된 원재료를 밀어 이동시키는 원재료이동부, 상기 원재료이동부에 의해 이동된 원재료가 놓여지고 원재료의 성형이 이루어지는 성형부, 상기 성형부에 놓여진 원재료에 광빔을 조사하여 용융시켜 성형하는 광빔가공부 및 상기 광빔가공부에 의한 성형 공정을 감시하고 상술한 멜팅풀 검사 장치를 포함하는 3차원 프린터를 제시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성형시 발생하는 멜팅풀을 실시간으로 모니터링하고, 멜팅풀로부터 얻어지는 광정보를 이용하여 성형의 이상 여부를 판단하므로 이상 여부의 신속한 검출이 가능하고 이상에 대한 신속한 조치가 가능하다.
또한 성형 작업을 수행하는 광빔의 정상 작동 여부를 실시간으로 모니터링 할 수 있으므로 광빔에 이상이 발생한 경우 신속한 조치가 가능하다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치를 나타내는 블럭도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 이상검출부를 나타내는 블럭도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 표시부에 표시되는 예를 나타내는 도면.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치를 채용한 3차원 프린터를 나타내는 사시도.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치를 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치는, 원재료 분말을 이용하여 3차원의 성형품을 가공하는 장치에 구비되어 공정을 감시하는 장치로서, 광정보취득부(1), 이상검출부(2) 및 중앙처리부(3)를 포함한다.
광정보취득부(1)는 원재료 분말이 성형되는 지점에서 발생하는 빛에 대한 정보를 취득하고, 이상검출부(2)에서 광정보취득부(1)에서 취득한 광정보를 통해 성형 공정의 이상 여부를 판단하게 된다. 중앙처리부(3)는 광정보취득부(1), 이상검출부(2)와 정보를 주고 받으며 성형 공정을 관리한다.
광정보취득부(1)에서 취득되는 광정보는 광빔가공부(50)에 의해 발생한다. 광빔가공부(50)는 원재료 분말의 성형을 위한 광빔(B)을 조사하는 장치로서, 도면을 참조하면 광빔조사기(51)로부터 조사된 광빔(B)은 제1 빔스플리터(52)와 제2 빔스플리터(53)를 거쳐 스캐너(55)를 통해 조사된다. 스캐너(55)를 통해 조사된 광빔(B)은 원재료 분말을 용융 또는 소결하여 성형한다.
성형된 지점의 빛에 대한 정보는 스캐너(55)를 통해 제2 빔스플리터(53)와 제3 빔스플리터(54)를 거쳐 광정보취득부(1)로 입력된다.
이하 각 부의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
광정보취득부(1)는 광빔(B)에 의해 원재료 분말이 성형될 때 원재료 분말이 성형되는 지점에서 발생하는 광정보를 취득한다. 추가적으로 광빔(B)이 이상 없이 조사되고 있는지에 대한 광정보를 취득할 수 있다.
3차원 프린터에서 광빔가공부(50)는 예를 들면 레이저를 이용한 것으로서, 원재료 분말을 용융 또는 소결하여 성형하게 된다. 이와 같이 성형이 이루어지는 지점에는 높은 에너지에 의해 열과 빛이 발생한다. 광정보취득부(1)는 이 빛을 촬영하거나 감지하는 역할을 한다.
광정보취득부(1)는 원재료 분말이 성형되는 지점에서 발생하는 빛에 대한 정보를 취득하는 제1광정보취득부(11)와 광빔조사기(51)에서 조사되는 광빔(B)의 정보를 취득하는 제2광정보취득부(12)를 포함한다.
여기에서 제1광정보취득부(11)는 고속 카메라(111)를 구비하고 고속 카메라(111)를 이용하여 원재료 분말이 성형되는 지점의 사진을 촬영함으로써 광정보를 취득할 수 있다. 고속 카메라(111)는 대략 초당 5000프레임 이상을 촬영할 수 있는 것을 채택할 수 있다. 한편 고속 카메라(111)의 전방에는 ND 필터(112)를 배치하고 ND 필터(112)는 위치의 조절이 가능하도록 하여 광량을 조절할 수도 있다.
찍힌 사진은 원재료 분말이 성형되면서 멜팅풀(melting pool, P)과 불꽃이 발생하는 형태일 수 있다. 촬영된 사진은 빛의 강도에 따른 색상으로 표시된 이미지 데이터로 변환된다. 고속 카메라를 이용한 경우 이미지 분석을 통해 성형 지점에 대한 정확하고 다양한 정보를 취득할 수 있다.
한편 제1광정보취득부(11)는 포토 센서(113)를 구비하여 성형 지점에서의 빛의 발생 유무를 감지하여 이상검출부(2)로 송신하고, 이상검출부(2)에서 중앙처리부(3)로부터 송신되는 광빔가공부(50)의 ON/OFF 신호와 비교함으로써 성형 공정이 정상적인 신호를 받아 수행되는지를 확인할 수 있다.
여기에서 포토 센서(113)로는 포토 트랜지스터를 할 수 있고 포토 트랜지스터의 출력 신호는 증폭 및 필터링되어 이상검출부(2)로 송신될 수 있다.
한편 제1광정보취득부(11)는 고속 카메라(111) 대신 조도 센서(미도시)를 구비하여 성형 지점에에서 빛의 발생 유무와 빛의 강도를 광정보로 취득할 수도 있다. 또한 광정보취득부(1)는 취득한 광정보를 디지털신호로 변환시키는 변환모듈을 구비할 수 있다. 여기에서 조도 센서로는 빛의 강도에 따라 저항값이 변화하는 포토레지스터를 사용할 수 있다. 포토레지스터는 감지된 빛의 강도를 전기적인 신호로 변환하여 송신할 수 있으므로 고속 카메라(111)보다 간단한 방법으로 광정보를 취득할 수 있다.
또한 제1광정보취득부(11)는 고속 카메라(111)와 조도 센서를 모두 구비하여 성형 지점의 광정보를 취득할 수 있다. 이 경우에는 2가지의 다른 방법으로 광정보를 취득하는 것이 가능하므로 이상 여부를 더욱 정확하게 판단할 수 있다.
제1광정보취득부(11)의 고속 카메라(111)와 조도 센서는 3차원 프린터의 챔버 외측에 장착되어 스캐너(55)와 빔스플리터(제2, 제3 빔스플리터(53, 54))를 통해 광정보를 취득할 수도 있지만, 챔버 내측에 장착되어 직접 광정보를 취득할 수도 있다.
한편 제2광정보취득부(12)는 광빔조사기(51)에서 조사되는 광빔(B)의 정보를 취득한다. 제2광정보취득부(12)는 광빔조사기(51)에서 조사되는 광빔(B)을 빔스플리터(제1 빔스플리터(52))를 통해 입력받고 이에 대한 신호를 이상검출부(2)로 전달하여 광빔(B)이 정상적으로 조사되는지 검사할 수 있도록 한다. 여기에서 제2광정보취득부(12)로는 포토 트랜지스터를 채용할 수 있고 포토 트랜지스터의 출력 신호는 증폭 및 필터링되어 이상검출부(2)로 송신될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 이상검출부(2)를 나타내는 블럭도이다.
이상검출부(2)는 광정보취득부(1)에서 취득한 광정보를 분석하여 성형 공정의 이상 여부를 검출하며, 추가적으로 광빔가공부(50) 자체의 이상 여부를 검출할 수 있다. 또한 파일시스템을 더 구비하여 이상 검출과 관련한 기록을 저장할 수도 있다.
이상검출부(2)는 광정보취득부(1)의 고속 카메라(111)에서 촬영한 사진을 판독하여 성형 지점에서 발생하는 멜팅풀(P) 또는 불꽃이 일정 크기 이하 또는 이상이거나 일정 밝기 이하 또는 이상인 경우 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다.
도면을 참조하면 이상검출부(2)는, 이미지처리모듈(21), 영상데이터분석모듈(22) 및 이상판정모듈(23)을 포함한다. 또한 광강도분석모듈(24), 작업내용저장모듈(25), 출력파일생성모듈(26)을 더 포함할 수 있다.
이미지처리모듈(21)은 성형 지점을 촬영한 사진을 빛의 강도에 따른 색상으로 표시된 이미지 데이터로 변환시킨다. 이미지처리모듈(21)은 영상처리에 사용되는 소프트웨어 또는 하드웨어의 필터로 구성될 수 있다. 또한 변환된 이미지 데이터는 픽셀 단위의 색상 데이터일 수 있다. 색상 데이터는 칼라의 경우 256 칼라 이상으로 이루어질 수 있다.
영상데이터분석모듈(22)은 온도에 대응되는 색상 데이터가 저장된 제1데이터베이스(27)로부터 데이터를 전송받아 이미지처리모듈(21)에서 변환된 색상 데이터와 비교하여 성형 지점이 어떠한 온도 분포를 가지는지 분석한다.
여기에서 제1데이터베이스(27)는 촬영된 영상이 어느 정도의 온도인지 비교하기 위한 기준 정보가 저장된 데이터베이스이다. 제1데이터베이스(27)에는 각 온도에 대응되는 색상 데이터가 저장되어 있다. 즉 이 색상 데이터는 온도와 그 온도와 대응되는 색상을 포함할 수 있다.
이러한 제1데이터베이스(27)는 영상데이터분석모듈(22)에 구비될 수도 있고 중앙처리부(3)에 구비될 수도 있다. 중앙처리부(3)에 데이터베이스가 구비된 경우에는 영상데이터분석모듈(22)은 중앙처리부(3)로부터 정보를 전송받아 사용한다.
한편 이미지처리모듈(21)은 촬영된 이미지를 그레이 스케일(gray scale)로 처리하여 픽셀의 절대 밝기 정도를 0에서 255의 256단계로 구분시키는 형태로 가공 불꽃의 강약을 인식하도록 할 수 있다. 이 경우 제1데이터베이스(27)의 색상 데이터 역시 그레이 스케일로 처리된 색상을 포함할 수 있다.
이와 같이 촬영된 이미지를 그레이 스케일로 처리하는 경우 처리해야 할 데이터의 양이 줄어들어 신속한 분석이 가능하다.
이와 같이 하여 영상데이터분석모듈(22)은 성형 지점이 어느 정도의 온도 범위를 가지는지 또는 온도 분포는 어떠한지 등을 분석할 수 있다.
이상판정모듈(23)은 성형 지점의 적합한 온도 범위에 대한 정보를 보유하고 영상데이터분석모듈(22)에서 분석된 온도가 적합한 온도 범위에 해당하는지 판단한다.
즉 이상판정모듈(23)에는 멜팅풀(P)의 적합한 온도 범위가 저장되어 있고, 영상데이터분석모듈(22)의 분석정보를 근거로 하여 해당 영상에 촬영된 멜팅풀(P)의 온도가 적합한 범위 내인지를 판단한다. 판단 결과 적합한 범위 내가 아닌 경우 이상판정모듈(23)은 이상 신호를 출력할 수 있다.
예를 들어 영상데이터분석모듈(22)에서 성형 지점의 온도 분포가 600~800℃로 분석되고 이상판정모듈(23)에 저장된 적합한 온도 범위는 600~750℃라고 가정하면 성형 지점의 온도 분포가 적합한 범위를 일부 초과하므로 이상으로 판정할 수 있다.
한편 이상검출부(2)는 광강도분석모듈(24)을 더 포함할 수 있다. 광강도분석모듈(24)은 제1광정보취득부(11)에 조도 센서를 채용할 경우 이 조도 센서로부터 출력되는 광강도를 분석하기 위한 것이다.
조도 센서는 광강도에 따라 저항이 달라지게 되므로 조도 센서에서 출력되는 전류값도 달라지게 된다. 광강도분석모듈(24)은 온도에 대응되는 전류값 데이터가 저장된 제2데이터베이스(28)로부터 데이터를 전송받아 조도 센서로부터 입력되는 전류값과 비교하여 멜팅풀(P)의 온도를 분석한다.
여기에서 제2데이터베이스(28)는 입력된 전류값이 어느 정도의 온도에 해당하는지 비교하기 위한 기준 정보가 저장된 데이터베이스이다. 제2데이터베이스(28)에는 각 온도에 대응되는 전류값 데이터가 저장되어 있다. 즉 이 전류값 데이터는 온도와 그 온도와 대응되는 전류값을 포함할 수 있다.
이러한 제2데이터베이스(28)는 영상데이터분석모듈(22)에 구비될 수도 있고 중앙처리부(3)에 구비될 수도 있다.
이와 같이 하여 광강도분석모듈은 성형 지점이 어느 정도의 온도 범위를 가지는지를 분석할 수 있고 분석된 온도 범위는 이상판정모듈(23)로 전송된다. 이상판정모듈(23)은 이 분석정보를 근거로 하여 온도가 적합한 범위 내인지를 판단할 수 있다.
이 때 이상판정모듈(23)은 영상데이터분석모듈(22)의 분석값과 광강도분석모듈(24)의 분석값을 종합하여 멜팅풀(P)의 온도가 적합한 범위 내인지 종합적으로 판단할 수 있다.
한편 광강도분석모듈(24)은 자체적으로 적합한 전류값에 대한 범위 정보(상한치 또는 하한치 중 적어도 어느 하나)를 가지고 조도 센서로부터 입력되는 전류값이 적합한 범위 내인지 아닌지를 판단하는 형태로 멜팅풀(P)의 온도가 적합한지 여부를 판단할 수 있다. 이 경우 광강도분석모듈(24)은 전류값이 적합 범위를 벗어나게 되면 이상 신호를 출력할 수 있어 이상판정모듈(23)의 기능을 함께 가질 수 있다.
한편 이상검출부(2)는 작업내용저장모듈(25)을 더 포함할 수 있다. 작업내용저장모듈(25)은 성형 레이어별로 촬영된 영상, 분석된 온도, 이상 여부, 작업 로그 파일 등을 매칭하여 저장할 수 있다. 작업내용저장모듈(25)로는 가장 범용으로 사용되는 SD/TF Card를 사용하여 중앙처리부(3)에서 FTP나 USB를 이용하여 쉽게 접근할 수 있도록 할 수 있다.
중앙처리부(3)는 3차원 프린터의 시스템 운영을 담당하는 것으로서, 광정보취득부(1) 및 이상검출부(2)와 정보를 주고 받으며 성형 공정을 관리하한다.
구체적으로는 광빔가공부(50)로 성형 위치의 좌표정보를 전송하거나, 이상검출부(2)와 광빔가공부(50)로 광빔(B)의 ON/OFF 신호를 전송할 수 있다.
또한 광빔가공부(50)에 전송하는 좌표정보와 동기화되도록 광정보취득부(1)와 이상검출부(2)에도 성형 위치의 좌표정보를 전송하여 성형 공정에 대하여 실시간으로 이상 여부를 검출할 수 있도록 한다.
한편 이상검출부(2)로부터 이상 검출과 관련된 데이터를 수신하여 이 데이터를 취합하고 공정 진행을 관리하는 자료로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치는 이상이 있는 지점을 화면에 표시하는 표시부(4)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 표시부에 표시되는 예를 나타내는 도면이다.
표시부(4)는 영상표시모듈을 구비하고, 영상표시모듈에서 3차원 성형품을 성형하는 진행 상황을 영상으로 표시하며, 멜팅풀(P)의 온도 범위가 벗어난 경우나, 광빔(B) 조사가 이루어지지 않은 경우 또는 광빔(B)의 ON/OFF 신호에 따라 정상적으로 성형이 이루어지지 않은 경우(예를 들면 광빔이 OFF인 경우에도 성형이 이루어진 경우) 등과 같이 진행 상황 중 이상이 발생한 경우 즉시 이상을 표시(E)할 수 있다. 이에 따라 작업자 또는 관제센터에서 이상을 확인하고 조치할 수 있다.
표시부(4)는 도 4a와 같이 현재 진행하고 있는 레이어(L) 뿐만 아니라 도 4b와 같이 진행된 레이어(L)에 대해서도 입체적으로 표시하여 나타낼 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치가 장착되는 3차원 프린터에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 멜팅풀 검사 장치를 채용한 3차원 프린터를 나타내는 사시도이다.
도시한 3차원 프린터(100)는, 3차원의 성형품을 가공하는 장치로서, 형상 가공이 이루어지는 챔버부(10)와, 챔버부(10)에 분말 형상의 원재료를 투입하는 원재료공급부(20)와, 원재료공급부(20)에서 투입된 원재료를 밀어 이동시키는 원재료이동부(30)와, 원재료이동부(30)에 의해 이동된 원재료가 놓여지고 원재료의 성형이 이루어지는 성형부(40)와, 성형부(40)에 놓여진 원재료에 광빔(B)을 조사하여 용융 또는 소결시켜 성형하는 광빔가공부(50)를 포함하여 이루어진다.
위 3차원 프린터는 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략한다. 앞서 설명한 멜팅풀 검사 장치는 챔버부(10)의 상측에 장착하여 광빔가공부(50)에 의한 성형 공정을 감시하도록 할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 광정보취득부
11 : 제1광정보취득부
111 : 고속 카메라 112 : ND 필터 113 : 포토 센서
12 : 제2광정보취득부
2 : 이상검출부
21 : 이미지처리모듈 22 : 영상데이터분석모듈 23 : 이상판정모듈
24 : 광강도분석모듈 25 : 작업내용저장모듈
26 : 출력파일생성모듈 27 : 제1데이터베이스 28 : 제2데이터베이스
3 : 중앙처리부
4 : 표시부
10 : 챔버부 20 : 원재료공급부 30 : 원재료이동부 40 : 성형부
50 : 광빔가공부
51 : 광빔조사기 52 : 제1 빔스플리터 53 : 제2 빔스플리터
54 : 제3 빔스플리터 55 : 스캐너
60 : 멜팅풀 검사 장치
100 : 3차원 프린터
P : 멜팅풀 B : 광빔 L : 레이어 E : 이상 표시

Claims (6)

  1. 원재료 분말을 이용하여 3차원의 성형품을 가공하는 장치에 구비되어 공정을 감시하는 장치로서,
    원재료 분말이 성형되는 지점에서 발생하는 빛에 대한 정보를 취득하는 제1광정보취득부와 광빔조사기에서 조사되는 광빔의 정보를 취득하는 제2광정보취득부를 포함하는 광정보취득부,
    상기 광정보취득부에서 취득한 광정보를 통해 성형 공정의 이상 여부를 판단하는 이상검출부 및
    상기 광정보취득부 및 상기 이상검출부와 정보를 주고 받으며 성형 공정을 관리하는 중앙처리부
    를 포함하고,
    상기 제1광정보취득부는 고속 카메라를 구비하고 상기 고속 카메라를 이용하여 원재료 분말이 성형되는 지점의 사진을 촬영함으로써 광정보를 취득하고,
    상기 제2광정보취득부는 광빔조사기에서 조사되는 광빔을 빔스플리터를 통해 입력받고 대응하는 신호를 이상검출부로 전달하며,
    상기 이상검출부는, 상기 제1광정보취득부로부터 전송된 사진을 판독하여 성형공정의 이상 여부를 판정하는 한편 상기 제2광정보취득부로부터 전달된 신호에 따라 광빔이 정상적으로 조사되는지 검사하고,
    상기 이상검출부는,
    상기 성형되는 지점을 촬영한 사진을 빛의 강도에 따른 색상으로 표시된 이미지 데이터로 변환시키는 이미지처리모듈,
    온도에 대응되는 색상이 저장된 데이터베이스로부터 데이터를 전송받아 상기 이미지처리모듈에서 변환된 색상 데이터와 비교하여 성형 지점의 온도 분포를 분석하는 영상데이터분석모듈 및
    성형 지점의 적합한 온도 범위에 대한 정보를 보유하고, 상기 영상데이터분석모듈에서 분석된 온도 분포가 적합한 온도 범위에 해당하는지 판단하는 이상판정모듈
    을 포함하고,
    상기 이미지처리모듈은 촬영된 사진을 그레이 스케일 이미지로 처리하여 가공 불꽃의 강약을 인식하도록 하며, 상기 데이터베이스에 저장된 색상 데이터는 그레이 스케일 이미지로 처리된 색상 데이터인
    3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이상검출부는,
    상기 사진을 판독하여 성형 지점에서 발생하는 멜팅풀 또는 불꽃이 일정 크기 이하 또는 이상이거나 일정 밝기 이하 또는 이상인 경우 이상이 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 멜팅풀 검사 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    이상이 있는 지점을 화면에 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    상기 표시부는, 3차원 성형품을 성형하는 진행 상황을 영상으로 표시하고 진행 상황 중 이상이 발생한 경우 즉시 이상을 표시하여 나타내는 영상표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터의 멜팅풀 검사 장치.
  6. 3차원의 성형품을 가공하는 장치로서,
    형상 가공이 이루어지는 챔버부,
    상기 챔버부에 분말 형상의 원재료를 투입하는 원재료공급부,
    상기 원재료공급부에서 투입된 원재료를 밀어 이동시키는 원재료이동부,
    상기 원재료이동부에 의해 이동된 원재료가 놓여지고 원재료의 성형이 이루어지는 성형부,
    상기 성형부에 놓여진 원재료에 광빔을 조사하여 용융시켜 성형하는 광빔가공부 및
    상기 광빔가공부에 의한 성형 공정을 감시하고 제1항 또는 제3항 또는 제5항에 따른 멜팅풀 검사 장치
    를 포함하는 3차원 프린터.
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